⑴ 吸附等温线实验吸附量是怎么求得的
吸附容量是单位重量活性炭达到吸附饱和时能吸附的溶质量，和原料、制造过程及再生方法有关。吸附容量越大，所用活性炭量越省。吸附速率是指单位重量活性炭在单位时间内能吸附的溶质量。因吸附有选择性，性能参数应由实验测定。颗粒活性炭要有一定的机械强度和粒径规格。
如果是吸附水体的杂质的话， 活性炭不断吸附水中溶质，直到吸附平衡即溶质浓度不再改变时为止。一定温度下，达到吸附平衡时，单位重量活性炭所吸附的溶质重量和水中溶质浓度的关系曲线，称为吸附等温线。曲线常用弗罗因德利希公式表示： X/M＝kC1/n式中X为活性炭吸附的溶质量;M为所加活性炭重量;C为达到吸附平衡时，水中溶质浓度；k和n为试验得出的常数。
⑵ 什么是气体吸附等温线
如果绝对温度，压力和气体（吸附质）和表面（吸附剂）的作用能不变，则在一个特定表面的吸附量是不变的。因为固体表面对气体的吸附量是温度、压力和亲和力或作用能的函数，所以我们在恒定温度下，就可以用平衡压力对单位重量吸附剂的吸附量作图。这种在恒定温度下，吸附量对压力变化的曲线就是特定气-固界面的吸附等温线。
⑶ 致密页岩吸附解吸性能评价研究
孙仁远1，2 张召召1 熊启勇3 胡新玉4 李泌5 傅钺1
（1.中国石油大学（华东）石油工程学院，山东青岛 266555； 2.中国石油大学（北京）石油工程学院，北京昌平 102249； 3.新疆油田公司采油工艺研究院 新疆克拉玛依 834000； 4.新疆油田公司风城油田作业区 新疆克拉玛依 834001； 5.新疆油田公司石西油田作业区，新疆克拉玛依 834001）
摘 要：页岩气是一种非常规天然气能源，主体上以吸附态和游离相同时赋存于具有生烃能力的泥页岩 地层中。美国在页岩气开发上取得巨大成功，使人们有理由相信页岩气将成为未来常规油气资源的重要接替 者。页岩气的吸附性是页岩的特性之一，页岩的吸附解吸性能评价对页岩气的开发十分重要。采用自行设计 的页岩等温吸附解吸实验装置，研究了页岩中甲烷、二氧化碳、氮气等气体的吸附解吸特性。结果表明，随 压力的增加，气体在页岩中的吸附量增加。25℃时，甲烷在1MPa的平衡压力下吸附量是0.85cm3/g，平衡压 力增加到10MPa时，吸附量增加到4.85cm3/g；不同气体在页岩中的吸附能力不同。甲烷、二氧化碳、氮气 在页岩中的吸附性强弱依次是二氧化碳大于甲烷，甲烷大于氮气。采用同一个页岩样品，在25℃、平衡压力 为5MPa时，氮气，甲烷、二氧化碳的吸附量依次是0.45cm3/g、1.40cm3/g、6.14cm3/g。甲烷和二氧化碳在 页岩中甲烷、二氧化碳在页岩中吸附规律基本符合Langmuir方程，可以用Langmuir模型预测页岩气在页岩中 的吸附；随压力降低，甲烷解吸量增大，在压力较低时，解吸曲线变化较为平缓，压力较高时，曲线下降 变陡，解吸量较低压下增幅变大，气体在页岩中的解吸存在一定的解吸滞后效应；不同的页岩样品吸附性 不同。
关键词：页岩气；吸附；解吸
Adsorption and Desorption Property Evaluations of Gases in Tight Shales
Sun Renyuan1，2，Zhang Zhaozhao1，Xiong Qiyong3，Hu Xinyu4，Li Mi5，Fu Yue1
（1.School of Petroleum Engineering，China University of Petroleum，Qing 266555，China； 2.College of Petroleum Engineering，China University of Petroleum，Changping 102249，China； 3.Institute of Oil Proction Technology，Xinjiang Oilfield Company，Kelamayi 834000，China； 4.Fengcheng Oil Proction Zone，Xinjiang Oilfield Company，Kelamayi 834001，China； 5.Shixi Oil Proction Zone，Xinjiang Oilfield Company，Kelamayi 834001，China）
Abstract：Shale gas is an unconventional natural gas，mainly stored as a condensed phase on the shale matrix and organic materials.as well as free gas in the porous space.The great success on shale gas development make people believe that shale gas will offset the deficiency of conventional oil and gas.The adsorption of shale gas on shale is one of properties of shale.Adsorption and desorption property evaluations in Shales is very important for shale gas development.A self-designed laboratory apparatus was used for determining the adsorption and desorption properties of CH4，CO2，N2 in shales.Experiments show that gas can be absorbed in shales.The adsorption increases with the increasing of equilibrium pressure.When the temperature is 25℃and the equilibrium pressure is 1MPa，the adsorption of methane is 0.85cm3/g.As the pressure increases to 10MPa，the adsorption become to 4.85cm3/g.The adsorption is different with different gas.The adsorption ability of CO2 in shales is larger than CH4，and the adsorption ability of CH4 is greater than N2.When the temperature is 25℃and the equilibrium pressure is 5MPa，the adsorption of methane，nitrogen and carbon dioxide is 0.45cm3/g，1.4cm3/g and 6.14cm3/g，respectively.The adsorption of CH4 and CO2 can be described by Langmuir model.The desorption increases with the recing of equilibrium pressure.When the pressure is relatively low，the desorption is small.On the contrast，The desorption become faster when the pressure is relatively high.There are hysteresis effect when gas begin to be desorpted.The adsorption ability of gas in shales is different with different samples.
Key words：shale gas；adsorption；desorption
引言
页岩气是从页岩层中生产出来的一种非常规天然气［1～3］。气体在页岩中主要以溶解态、游离 态、吸附态存在，页岩中吸附气的含量约占总含气量的50％［4～9］。H.S Lane等［10］从试井数据中 分析页岩气藏中气体解吸参数、监测和估算气体解吸量。E.Shtepani，等［11］研究了解吸罐测定吸 附气含量、气体组成和总的解吸时间，提出了一种精确估算损失气量，从而估算原始地质储量的 方法。Daniel J.K.等［12］研究了页岩组成和孔隙结构对气体吸附的影响，得出甲烷吸附量随TOC 及微孔体积的增加而增大的结论。Ross等［13］研究得出页岩中甲烷吸附量与TOC正相关，页岩中 硅铝酸盐中存在纳米级孔隙［14～18］，对甲烷的吸附能力有重要影响。Chamelers［17］研究得出了白 垩系页岩甲烷吸附量随微孔体积的增加而增大。Xiao-chun Lu等［19］研究了泥盆系页岩吸附影响 因素，得出有机质、粘土含量、压力温度是影响页岩吸附的主要因素，但没有研究气体在页岩 中的解吸性质。页岩气的吸附解吸性质对页岩气的压裂增产和产量预测等具有重要的意义［10］。
采用自行设计的实验装置，测定了高压和室温下甲烷、二氧化碳、氮气在页岩中的等温吸附曲线。应用朗格缪尔方程［19］对曲线进行拟合，并分析了影响页岩吸附解吸性能的因素，为进一步研究页岩气 吸附解吸机理鉴定了基础。
1 实验材料及设备
1.1 实验材料
页岩样品（粉碎、过筛，颗粒直径为60～230目）。甲烷气体（瓶装，纯度为99.99％）；二氧 化碳气体（瓶装，纯度为99.99％）；氮气气体（瓶装，纯度99.99％）；氦气（瓶装，纯度 为99.99％）。
1.2 实验设备
自行研制的页岩吸附解吸性能评价装置如图1、图2所示。它主要包括真空泵、样品室、标准室、 高压气瓶等。
图1 页岩吸附性能评价系统示意图
图2 页岩解吸性能评价系统示意图
2 实验方法与步骤
2.1 模型制备
将现场取心得到的页岩样品粉碎、筛分、烘干、填装、压实，即得到实验用的页岩样品，其基本参 数见表1。
2.2 气体吸附性能评价步骤
（1）连接仪器，检查气密性。
（2）打开真空泵对系统抽真空。
（3）关闭样品室阀门7，打开阀门3、5，向标准室充入实验气体，关闭阀门3，记录压力 为P1（1）。
（4）打开阀门5，待标准室和样品室压力平衡后记录平衡压力之值P2（1）。
（5）关闭阀门7，打开阀门3，向标准室继续充入气体至P1（2），关闭阀门3，重复步骤4。
（6）重复步骤5直至实验压力P1（n）。
表1 页岩样品基本参数
2.3 气体解吸性能评价步骤
（1）连接好仪器，将气体最后一次吸附平衡的压力记为P2（1）。
（2）关闭样品室阀门5，降低标准室压力，记录此时的标准室压力P1（1）。
（3）待压力稳定后打开样品室阀门5，待样品室和标准室压力平衡后记录平衡压力值P2（2）。
（4）重复步骤2和3，直至标准室压力降为大气压。
3 实验结果及讨论
3.1 气体吸附、解吸量计算公式
应用真实气体状态方程，将吸附平衡后的体积换算到标准状态下的气体体积。可以得到气体吸附 量。第一个吸附平衡压力P2所对应的吸附气体积为：
国际非常规油气勘探开发（青岛）大会论文集
式中：P1为第一次向标准室中注入气体的压力，MPa；P2为样品室第一个吸附平衡压力，MPa；Psc为 标准大气压，MPa；Vh为标准室体积，m3 ；Vφ为样品室孔隙体积，m3 ；Z1、Z2分别为压力P1和P2 对应的真实气体压缩系数。
第n个吸附平衡压力点P2（n）对应的气体吸附体积：
国际非常规油气勘探开发（青岛）大会论文集
气体吸附量：
国际非常规油气勘探开发（青岛）大会论文集
式中，m为样品质量，kg。
气体解吸量：
国际非常规油气勘探开发（青岛）大会论文集
式中，Q解为甲烷解吸量，m3/kg；V为甲烷解吸体积，m3。
3.2 页岩吸附等温线测定
在25℃条件下，测量了甲烷气体在页岩样品SN121中的 吸附等温线，实验结果如图3所示。从图3中可以看出，甲 烷的吸附量随压力升高而增大，压力影响气体吸附能力。在 平衡压力为10.99MPa时，岩样品的吸附量可达4.85cm3/g。
3.3 不同气体在页岩中的吸附实验结果及讨论
图3 25℃时SN121页岩样品 甲烷吸附等温线
实验分别测定了25℃条件下，甲烷、二氧化碳在同一种 页岩样品中的吸附性能，实验结果如图4所示。由图可见，在25℃和5.08MPa下，CH4、CO2在页岩SN121中的吸附气 量分别是3.39cm3/g、10.65cm3/g，二氧化碳在页岩中的吸附能力大约是甲烷的3倍，表明二氧化碳对 页岩的吸附能力大于甲烷。而且，甲烷和二氧化碳吸附规律都基本符合Langmuir等温吸附方程。Langmuir方程的拟合参数如表2所示。
表2 Langmuir方程拟合参数
图4 25℃条件下SN121页岩甲烷、二氧化碳等温 吸附线及Langmuir拟合曲线
3.4 页岩吸附解吸曲线测量结果及讨论
选取两种不同的页岩样品SN3、SN121进行 了甲烷吸附解吸等温实验，结果如图5和图6 所示。
由图5可见，甲烷在页岩样品中的吸附曲线 和解吸曲线并不重合，说明气体在页岩中吸附和 解吸在机理上存在明显差异，存在一定的滞后 效应。
由图6可见，随着压力的降低，甲烷的解吸 量增大，在压力较高时，曲线下降变陡，解吸量 较低压下增幅变大，压力越低，解吸量变化变 缓。当压力从11.46MPa降低到8.32MPa，解吸 量是2.46cm3/g；压力从3.24MPa降低到 0.14MPa，解吸量是1.17cm3/g。高压下解吸量较大，说明快速降低地层压力有利于促进甲烷在页岩中 的解吸。
图5 25℃条件下，SN3、SN121页岩样品 甲烷吸附解吸等温线
图6 25℃条件下SN3页岩样品 甲烷解吸等温线
4 结论
（1）在等温条件下，页岩吸附甲烷的量随压力增加而增大，在低压时吸附量随压力增加较快，当压 力增大到一定值后，吸附量增加变缓。
（2）二氧化碳在页岩中吸附能力大于甲烷。
（3）甲烷、二氧化碳在页岩中吸附规律基本符合Langmuir方程，因而可以用Langmuir模型预测页 岩气在页岩中的吸附。
（4）随压力降低，甲烷解吸量增大，在压力较低时，解吸曲线变化较为平缓；压力较高时，曲线下 降变陡，解吸量较低压下增幅变大。甲烷解吸曲线与其吸附曲线不重合。
参考文献
［1］Folk，R.L..Petrology of Sedimentary Rocks，Hemphill Publishing Company，Austin，TX，1974.
［2］张金川，薛会.页岩气及其成藏机理［J］.现代地质，2003，17（4）：466
［3］Javadpour，F.Nanopores and apparent permeability of gas flow in mud rocks（shales and siltstone）；Journal of Canadian Petroleum Technology，2009，48（8）：16-21.
［4］Thomas，J.J，and Frost，R.R.Adsorption and desorption studies of gases through shales.Geological and Geochemical Studies of the New Albany Shale Group（Debonian-Missippian）in Illinois，R.E.Bergstrom and N.F.Shimp，（eds.），U.S.DOE/METC/12142-0026，Morgantown，WV，1980.
［5］Schettler，P.D.and Parmely，C.R.Contributions to Total Storage Capacity in Devonian Shales.SPE 23422，1991
［6］张金川，金之钧，袁明生.页岩气成藏机理和分布［J］.天然气工业，2004，24（7）：15～18.
［7］李新景，胡素云，程克明.北美裂缝性页岩气勘探开发的启示［J］.石油勘探与开发，2007，34（4）：392～400.
［8］李玉喜，乔德武，姜文利，等.页岩气含气量和页岩气地质评价综述［J］.地质通报，2011，30（20）：308～317.
［9］Li，F.C.Methane Adsorption on Devonian Shales，MSc thesis，Texas A＆M University，1992.
［10］Lane，H.S.，Watson，A.T.and Lancaster，D.E.Identifying and estimating desorption from Devonian shale gas proction data，SPE 19794，1989.
［11］E.Shtepani，L.A.Noll，L.W.Elrod，et al.A New Regression-Based method for accurate Measurement of Coal and Shale Gas Content.SPE 115405，2008
［12］Daniel J.K.，R.Marc Bustin.The importance of shale composition and pore structure upon gas storage potential of shale gas reservoirs.Marine and Petroleum Geology，2009，26：916-927.
［13］Ross，D.J.K.，Bustin，R.M..Shale gas potential of the lower Jurassic Gordondale Member，northeastern British Columbia，Canada.Canadian Petroleum Geology，2007，55：51-75
［14］Aringhieri，R..Nanoporosity characteristics of some natural clay minerals and soils.Clays Clay Miner，2004，52：700-704
［15］Cheng，A.L.，Huang，W.L..Selective adsorption of hydrocarbon gases on clays and organic matter.Org.Geochem，2004，35：413-423
［16］Chalmers，G.R L.，Bustin，R.M..The organic matter distribution and methane capacity of the Lower Cretaceous strata of northeastern British Columbia.Int.J.Coal Geol，2007，70：223-239.
［17］Chalmers，G.R.L.，Bustin，R M..On the effects of petrographic composition on coalbed methane sorption.Int.J.Coal Geol，2007，69：288-304.
［18］Wang，C.C.，Juang，L.C.，Lee，C.K.，et al.Effects of exchangee surfactant cations on the pore structure and adsorption characteristics of montmorillonite.J.Colloid Interface Sci，2004，280：27-35.
［19］Xiao-Chun Lu，Fan-Chang Li，Ted Watson.Adsorption measurements in Devonian shales.Fuel，1995，74：599-604.
⑷ 什么是吸附（解吸）等温线，其在食品中有何应用
吸附等温曲线是指在一定温度下溶质分子在两相界面上进行的吸附过程达到平衡时它们在两相中浓度之间的关系曲线。在一定温度下,分离物质在液相和固相中的浓度关系可用吸附方程式来表示〔1〕。作为吸附现象方面的特性有吸附量、吸附强度、吸附状态等,而宏观地总括这些特性的是吸附等温线〔2〕。吸附等温曲线用途广泛,在许多行业都有应用。在地质科学方面,可以用于基于吸附等温线的表面分形研究及其地球科学应用〔3〕;在煤炭方面,煤对混合气体中CH4和CO2的吸附呈现出不同的吸附特点;煤对CO2优先吸附,并且随着压力的升高,煤对CO2选择性吸附…